De JWST zou binnen een jaar na lancering de atmosferen van TRAPPIST-1 kunnen bestuderen

De bewoonbare zone rond TRAPPIST-1
De bewoonbare zone rond TRAPPIST-1. Door NASA/JPL-Caltech – Catalog page · Full-res (JPEG · TIFF), Publiek domein, Koppeling

Bevestiging of er leven buiten de Aarde voorkomt is aanstaande. Met verschillende technieken zijn er inmiddels duizenden exoplaneten gevonden en hetzelfde zal gaan gebeuren met de ontdekking van buitenaards leven want als we met behulp van spectraalanalyse de atmosferen van die exoplaneten kunnen onderzoeken dan kunnen we ook de handtekeningen van biologische processen zien.

Nieuw onderzoek van astronomen van de universiteit van Washington heeft gebruik gemaakt van het TRAPPIST-1 planetensysteem als een soort van laboratorium om niet alleen de planeten zelf te modelleren maar ook hoe de aanstaande James Webb Space Telescope mogelijk hun atmosferen kan detecteren en bestuderen. De eerstvolgende stap in de zoektocht naar leven buiten de Aarde.

Het onderzoek werd geleid door Jacob Lustig-Yaeger, een promovendus in de astronomie. Dit onderzoek stelt dat de in 2021 te lanceren James Webb Space Telescope (JWST) mogelijk belangrijke informatie kan verstrekken over de atmosferen van de planeten rond TRAPPIST-1. Dat zou zelfs al in het eerste jaar na de lancering kunnen plaatsvinden. Dat wil zeggen, als de wolken het spel niet bederven.

De JWST is gebouwd en het team van Lustig-Yaeger heeft een idee hoe die ingezet moet gaan worden. Ze hebben gebruik gemaakt van computermodellen om de meest efficiënte manier te berekenen om de telescoop te gebruiken in de zoektocht naar de antwoorden op de meest basale vraag die astronomen hebben: hebben deze planeten überhaupt een atmosfeer of niet?

Het onderzoek, met als titel “The Detectability and Characterization of the TRAPPIST-1 Exoplanet Atmospheres with JWST,” (lin naar pdf bestand) werd online in het juni nummer van het tijdschrift “the Astronomical Journal” gepubliceerd.

Het TRAPPIST-1 systeem bevindt zich op een afstand van 39 lichtjaar in de richting van het sterrenbeeld Waterman – Aquarius. Het heeft de interesse van astronomen om er zeven aardachtige planeten om heen draaien. Drie van deze planeten bevinden zich in de bewoonbare zone van de ster. Dit is de zone rond een ster waar er vloeibaar water aan het oppervlak van aan aardachtige planeet zou kunnen voorkomen. Water is een voorwaarde voor leven zoals wij dat kennen.

Toen de ster TRAPPIST-1 ontstond was deze veel heter dn nu het geval is, het zou dus best wel eens zo kunnen zijn dat alle zeven planeten ooit een atmosfeer, ijs en oceanen hebben gehad maar dat die door de enorme hitte van de ster al in een vroege fase zijn verdwenen.

Het is dus een grote vraag of deze planeten überhaupt nog een atmosfeer hebben en dan in het bijzonder de binnenste planeten. Als eenmaal is bevestigd dat ze een atmosfeer hebben dan kunnen we van iedere planeetatmosfeer leren uit welke moleculen die is samengesteld, aldus Lustig-Yaeger.

Als de JWST wordt gebruikt zoals Lustig-Yaeger voorstelt dan kan die ons in betrekkelijk korte tijd heel veel leren.

Astronomen vinden de meeste exoplaneten als ze voorlangs hun ster trekken. Dit zorgt voor een meetbare verzwakking van het sterlicht. Deze methode wordt de transitiemethode genoemd. Planeten die zich dichter bij hun ster bevinden zullen vaker voorlangs trekken en zijn dus wat gemakkelijker te bestuderen. Als een planeet voorlangs een ster beweegt dan zal het licht van de ster ook door de atmosfeer van de planeet gaan en hiermee kunnen astronomen leren over de moleculaire samenstelling van de atmosfeer.

Volgens Lustig-Yaeger kunnen astronomen als ze op verschillende golflengtes van het licht kijken kleine verschillen in de grootte van een planeet zien.

Dit komt doordat gassen in de atmosfeer van de planeet op specifieke golflengtes het licht absorberen. Ieder gas heeft een unieke spectrale vingerafdruk. Die vingerafdruk kunnen we identificeren en zo kunnen we beetje bij beetje de samenstelling van de atmosfeer van de exoplaneet ontrafelen, aldus Lustig-Yaeger.

Volgens Lustig-Yaeger heeft het modelleerwerk van het team opgeleverd dat de Near-Infraread Spectrograph aan boord van de JWST in staat moet zijn om de atmosferen van alle zeven TRAPPIST-1 planeten in 10 of minder transities te detecteren. Dan moeten ze wel een wolkenvrije atmosfeer hebben. Dat is iets wat we dus nog niet weten.

Als de TRAPPIST-1 planeten een dikke planeet omspannende wolken hebben zoals Venus die bijvoorbeeld heeft, dan kan het tot 30 transities duren.

Maar volgens Lustig-Yaeger is dat nog steeds een haalbaar doel. Het betekent dat zelfs in het geval van realistische wolken op grote hoogte, de JWST in staat is de aanwezigheid van atmosferen te detecteren, iets wat voor hun artikel niet bekend was.

De laatste jaren zijn er veel aardachtige planeten ontdekt maar astronomen kunnen niet zien of ze een atmosfeer hebben. Het modelleerwerk dat Lustig-Yaeger heeft gedaan toont aan dat voor het TRAPPIST-1 systeem, het mogelijk is om met behulp van de JWST, de atmosfeer van de aardse exoplaneten aan te tonen. Zelfs al binnen het eerste deel van de vijf jaar durende hoofdmissie.

Het team ontdekte ook dat de JWST in staat moet zijn om te zien of de planeten van PRAPPIST-1, toen hun ster nog veel heter was, grote hoeveelheden water hebben verloren. Het is mogelijk dat er zuurstof aanwezig is dat door niet-biologische processen is vrijgekomen, de atmosfeer van een exoplaneet vult. Dit geeft een vals positief signaal voor leven. In het geval van de TRAPPIST-1 planeten zal de JWST in staat zijn om dit ook te detecteren.

De coauteurs van Lustig-Yaeger zijn ook beiden verbonden aan de universiteit van Washington. Het zijn professor Victoria Meadows, die ook verbonden is aan het Virtual Planetary Laboratory van de universiteit en promovendus Andrew Lincowksi. Hun onderzoek is deels het vervolg op eerder onderzoek van Lincowski waarin de mogelijke klimaten zijn gemodelleerd van de 7 TRAPPIST-1 planeten.

Tijdens het uitvoeren van het onderzoek is gekeken naar wat zijn de beste mogelijkheden voor de JWST? Wat zijn de mogelijkheden van de telescoop? Er zullen ongetwijfeld meer aardachtige planeten zijn gevonden voordat de JWST in 2021 wordt gelanceerd.

Het onderzoek werd betaald vanuit een fonds van het Astrobiology Programm van de NASA dat door het Virtual Laboratory team, als deel van het Nexus for Exoplanet System Science (NExSS) netwerk, wordt beheerd.

Volgens Lustig-Yaeger: “Het is moeilijk voor te stellen dat een planetensysteem in theorie beter geschikt is voor James Webb dan TRAPPIST-1.”

 

Eerste publicatie: 14 augustus 2019
Bron: spacedaily




%d bloggers liken dit: